近距离通信的SWP方案及在SIM卡中的实现方法

引言

　　近几年，手机已经不再是简单的通信工具，它已经成为便携的娱乐工具，将来有望发展为可信赖的支付工具，在消费、购物、交通等领域通过手机方便、快捷地完成支付。基于手机的新需求，移动支付应运而生，并逐渐成为移动运营商、手机制造商、SIM卡制造商研究的热点问题。移动支付的解决方案比较多，其中双界面SIM卡方案和近距离通信（Near Field Communication，NFC）方案比较可行。双界面SIM卡方案已经有产品面世，近距离通信方案正在研发阶段。

　　双界面SIM卡方案通过在SIM卡中增加非接触IC卡界面进行非接触通信。天线连接在SIM卡尚未使用的C4和C8这两个接口上。双界面SIM卡在手机中增加了非接触IC卡的功能，但没有实现阅读器和点对点通信功能。NFC是由NXP公司和索尼公司提出的超短距离无线通信技术，它使得两台兼容NFC的设备之间可以直观、便捷、安全地通信。NFC的主要应用是移动小额支付，还可以应用于门禁、公交等领域。

　　与双界面SIM卡方案相比，NFC方案的优势体现在以下方面：

①NFC方案可以实现更多的应用；
②在NFC芯片与SIM卡的连接使用C6（SWP）触点，并不影响SIM卡高速空中数据下载；
③NFC方案是一套完善的解决方案，可以提供可靠、安全、便捷的通信；
④NFC方案完全兼容现有的读写器，不需要对读写器进行任何更改。

　　综上所述，近距离通信NFC是移动非接触支付业务最可行的解决方案，而SWP连接方案则是NFC技术的一部分。

1 近距离通信概述

　　近距离通信是短距离非接触式的一种，工作于13.56 MHz频带，传输距离在10 cm以内；传输速度目前可以达到106 kbps、212 kbps、424 kbps，理想速率可以达到1 Mbps左右。NFC所使用的频率与目前流行的非接触智能卡相同，同时兼容以ISO14443 A/B为基础的感应式非接触通信，以及Philips公司的MIFARE技术和索尼公司的FeliCa技术。

1.1 近距离通信原理

　　根据ISO18092标准，近距离通信可以工作在主动模式和被动模式。进行通信之前，可以选择传输速率106 kbps、212 kbps、424 kbps中的一种，并可以在这三者间任意切换。

1.1.1 被动模式通信原理

　　在被动模式下，近距离通信的通信原理与RFID一样，都是依靠电磁感应耦合原理完成通信。NFC手机有一块NFC芯片，内置有天线，用来接收和发送无线数据。

　　NFC工作在被动模式时，阅读器启动NFC通信，称为NFC发起设备（主设备），在整个通信过程中提供射频域。NFC发起设备选择3种速率的一种传输数据，ISO18092标准规定了每种传输速率使用的调制、编码技术。NFC目标设备(从设备)不必产生射频域，而使用负载调制(load modulation)技术，以相同的速度将数据传回发起设备。此通信机制与基于ISO14443 A/B、Mifare和FeliCa的非接触式智能卡兼容，因此，在被动模式下，NFC发起设备可以用相同的连接和初始化过程检测非接触式智能卡或NFC目标设备，并与之建立联系［1］。

　　就近距离通信应用的角度而言，其应用模式分为3种：标签模式、阅读器模式、点对点模式。标签模式，即NFC芯片作为被动设备使用，其作用相当于应答器。为了保证数据的安全性，在更换手机后不至于重新设置密钥信息，需要在SIM卡中保存移动支付的密钥信息。通信设备包括阅读器、NFC芯片和SIM卡。此时，NFC芯片提供射频接口，负责转发射频数据给SIM卡。对SIM卡而言，不需要像双界面SIM卡那样增加非接触接口，而使用SWP接口实现与NFC芯片的连接。在标签模式下，NFC芯片类似于桥接器，在阅读器和SIM卡之间转发数据。

　　NFC芯片是嵌入手机中的芯片，由手机的电源系统供电。为了保证手机没电时移动支付的正常进行，标签模式需要支持无源工作，其工作原理基于电磁感应。阅读器的天线线圈产生高频的强电磁场，这种磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。发射磁场的一部分磁力线穿过距阅读器线圈有一定距离的应答器的天线线圈［2］。通过感应在天线线圈上产生电压，将其整流后作为电源提供给NFC芯片和SIM卡。